पदार्थांच्या अवस्था आणि अवस्थांतर
करून पाहूया.
एका वाटीमध्ये मेणाचे तुकडे घेऊन ते मेणबत्ती किंवा स्पिरिट दिव्यावरती तापवा.
१. मेणाच्या तुकड्यांमध्ये काय बदल होतो ?
२. वरील कृतीत प्रथमतः मेणाची अवस्था कोणती होती ?
३. त्याचे अवस्थांतर कशात झाले ? आता ही वाटी पुन्हा थंड पाण्यात ठेवा. काय झाले ?
पदार्थाची एक अवस्था बदलून जेव्हा तो दुसऱ्या अवस्थेत जातो, त्या क्रियेस पदार्थाचे अवस्थांतर असे म्हणतात.
स्पिरिट, कापूर, पेट्रोल, तूप, खोबरेल तेल, डांबर गोळ्या, नवसागर, या पदार्थांपैकी
१. कोणते पदार्थ तुम्ही थंडीमध्ये गोठलेले पाहिले आहेत ? २. कोणत्या द्रवांचे वायूत रूपांतर झालेले पाहिले आहे ?
३. कोणत्या स्थायूंचे परस्पर वायूत रूपांतर झालेले पाहिले आहे ?
यावरून काय समजते ?
पदार्थास उष्णता दिल्याने किंवा त्यातील उष्णता काढून घेतल्याने पदार्थाचे अवस्थांतर होते. आपल्या सभोवतालचा प्रत्येक पदार्थ हा स्थायू, द्रव, वायू यांपैकी कोणत्या ना कोणत्या अवस्थेत आढळतो.
उष्णता आणि अवस्थांतर
अवस्थांतर हा पदार्थातील उष्णतेचा परिणाम आहे हे तुम्ही शिकला आहात. उष्णता मिळाली, की स्थायूंचे द्रवात तर द्रवाचे वायूत रूपांतर होते. तसेच पदार्थ थंड होत गेला म्हणजे त्यातील उष्णता कमी झाली, की वायूचे द्रवात तर द्रवाचे स्थायूत रूपांतर होते.
पाण्याने भरलेले भांडे शेगडीवर ठेवल्यावर लगेच पाण्याची वाफ होते का? ते पाणी फ्रीजमध्ये ठेवल्यावर लगेच त्याचा बर्फ बनतो का ?
पदार्थाला काही विशिष्ट प्रमाणात उष्णता दिली किंवा त्यातील काही विशिष्ट उष्णता काढून घेतली तर त्याचे अवस्थांतर होते. पदार्थाला उष्णता दिल्यावर तो किती गरम होतो किंवा त्याची उष्णता काढून घेतल्यावर तो किती थंड होतो यावर अवस्थांतर अवलंबून असते.
- पदार्थ किती गरम किंवा थंड आहे हे कसे समजते ?
तापमान व तापमापी
पदार्थाला उष्णता मिळाली, की तो गरम होतो म्हणजेच तापतो. पाणी किती तापले आहे याचा अंदाज घेण्यासाठी आपण त्यात बोट किंवा हात बुडवतो, परंतु अशा मोजमापात अचूकता नसते, तसेच पदार्थ तापलेला असला तर हाताला चटका लागून इजा होऊ शकते.
तापमान मोजण्यासाठी तापमापी वापरतात. तापमान मोजण्यासाठी अंश सेल्सिअस (°C) हे एकक वापरतात. वेगवेगळ्या प्रकारच्या तापमापी आपल्याला पाहायला मिळतात. सध्या डिजिटल तापमापीचा वापर मोठ्या प्रमाणावर केला जात आहे.
करून पाहूया.
प्रयोगशाळेतील एक तापमापी घ्या. त्याच्या खालच्या टोकाकडील फुग्यात पारा भरलेला असतो. हा पारा फुग्यावरील नळीत काही अंतरापर्यंत चढलेला दिसेल. पाऱ्याच्या स्तंभाशेजारी अंशांकन केलेले दिसेल. पाऱ्याच्या पातळीशेजारील संख्या वाचा. यावरून फुग्याभोवतालच्या हवेचे तापमान समजेल.
आता तापमापीचा फुगा पाण्यात पूर्णपणे बुडेल, अशा पद्धतीने तापमापी धरा आणि पाण्याचे तापमान नोंदवा. हीच कृती एका भांड्यात थोडे गरम पाणी आणि दुसऱ्या भांड्यात थंड पाणी किंवा बर्फ घेऊन करा. दोन्ही तापमानांची नोंद करा.
उत्कलन
पाण्याचे सतत बाष्पीभवन होत असते. फरशीवर सांडलेले पाणी हळूहळू आपोआप वाळते हे आपल्याला माहीत आहे. बाष्पीभवन पाण्याच्या पृष्ठभागावरून होते. मग पाणी उकळते तेव्हा काय होते? पाणी जसजसे गरम होते, तसतसे त्याचे तापमान वाढते आणि बाष्पीभवन अधिकाधिक जलद गतीने होऊ लागते.
शेगडीवर ठेवलेल्या पाण्याने उष्णतेची एक पातळी गाठली, की पातेल्यातील सर्व भागांतून पाण्याचे बाष्पीभवन होऊ लागते; म्हणून वाफेचे बुडबुडे भराभर पृष्ठभागापर्यंत येताना दिसतात आणि ती वाफ हवेत मिसळते. यालाच पाण्याचे उकळणे किंवा उत्कलन म्हणतात. शुद्ध पाण्याचे समुद्रसपाटीला उत्कलन १००°C तापमानाला होते. हा पाण्याचा उत्कलनांक होय. पाण्याची वाफ थंड झाली, तर एका तापमानाला वाफेचे पुन्हा पाणी होते. या क्रियेला संघनन म्हणतात. वाफेचे संघननही १००°C लाच होते, म्हणजे पाण्याचा उत्कलनांक व संघनन बिंदू हा एकच आहे.
गोठण
फ्रीजमध्ये किंवा बर्फावर ठेवलेले पाणी थंड होत जाते म्हणजे त्याचे तापमान कमी कमी होते. एका ठराविक तापमानावर पाणी आणखी थंड न होता त्याचा बर्फ बनू लागतो म्हणजेच ते गोठू लागते. ज्या तापमानावर हे घडते त्याला पाण्याचा गोठण बिंदू म्हणतात.
पदार्थाचे तापमान 0°C हून कमी होऊ शकते. उदाहरणार्थ, फ्रीजच्या फ्रीजरमधील हवेचे तापमान सुमारे -१८°C असते. 0°C पेक्षा कमी तापमान असल्यास ते उणे अंश सेल्सिअसमध्ये सांगतात.
बर्फाला उष्णता मिळाली की तो वितळू लागतो, म्हणजे त्याचे पुन्हा द्रवात रूपांतर होते. याला विलयन म्हणतात. बर्फाचे विलयनही 0°C ला होते म्हणजे पाण्याचा गोठणबिंदू व विलय बिंदू हे एकच आहेत.
प्रत्येक पदार्थाचा विशिष्ट उत्कलन बिंदू असतो तोच त्याचा संघनन बिंदूही असतो. प्रत्येक पदार्थाचा विशिष्ट गोठणबिंदू असतो तोच त्याचा विलय बिंदूही असतो.
पदार्थ गरम होताना ज्या तापमानाला त्याचे उत्कलन होते, त्याच तापमानाला त्याचे थंड होताना संघनन होते. पदार्थ थंड होताना ज्या तापमानाला गोठतो, त्याच तापमानाला तो गरम होताना वितळतो.
अवस्थांतराचे विविध उपयोग
१. पॅराफिन वॅक्स (मेण) वितळवून मेणबत्त्या बनवतात.
२. गोठवलेला कार्बन डायॉक्साइड (शुष्कबर्फ) आइस्क्रीम तयार करताना व ते थंड ठेवण्यासाठी उपयोग होतो.
३. द्रवरूप नायट्रोजनचा उपयोग रक्तपेशी व पशूंचे रेत टिकवून ठेवण्यासाठी होतो.
४. वाळू वितळवून काच बनवली जाते.
५. सोने, चांदी यांच्यापासून दागिने बनवण्यासाठी हे धातू वितळवले जातात.
६. अवजारे बनवण्यासाठी लोखंड वितळवावे लागते.
एका बशीत थोडी वाळू घ्या. त्यात काही आयोडीनचे खडे ठेवा. बशी बर्नरवर ‘करून पाहूया. ठेवा आणि तिच्यावर एक काचेचे नरसाळे उपडे ठेवा. त्याचे वरील तोंड कापसाच्या बोळ्याने बंद करा. स्पिरिट दिवा किंवा बर्नर पेटवा आणि आयोडीनला काही वेळ उष्णता दया. उष्णता मिळाल्याने आयोडीनचे काय होते त्याचे निरीक्षण करा. काय दिसते?
संप्लवन
उष्णता मिळाल्यावर आयोडीनचे स्थायू रूप खडे वितळत नाहीत, तर त्यांचे थेट वायूत रूपांतर होते. आयोडीन वायूचे कण नरसाळ्याच्या पृष्ठभागावर आदळले, की ते पुन्हा थंड होतात आणि स्थायूरूपात काचेला चिकटून राहतात गोडीनचे म्हणजे उष्णता मिळून स्थायूरूप आयोडीनचे द्रव न होता थेट वायू अवस्थेत अवस्थांतर होते.
प्रत्यक्ष व्यावर स्थायूरूप पदार्थाचे द्रव न होता थेट वायू अवस्थेत रूपांतर होणे या अवस्थांतराला संप्लवन म्हणतात.
हे तुम्ही कसे ओळखाल ?
- पाण्याचा ग्लास प्लॅस्टिकचा, स्टीलचा की काचेचा ?
- सळई : लोखंडी की ॲल्युमिनिअमची ?
- खोलीचे दार : लाकडी की काचेचे ?
- पांढरी पूड मिठाची की खडूची ? वरील प्रश्नांची उत्तरे देण्यासाठी तुम्ही त्या पदार्थांचे विविध गुणधर्म लक्षात घेतले, उदाहरणार्थ त्याची पारदर्शकता, कठीणपणा, जडपणा, ठराविक रंग, त्याच्यापासून निघणारा आवाज, पाण्यामध्ये विरघळणे इत्यादी. या गुणधर्मांच्या अभ्यासाने आपल्याला विविध पदार्थ ओळखता येतात व त्यांच्या गुणधर्मांप्रमाणे ते आपल्याला वापरता येतात. पदार्थांच्या या गुणधर्मांची सविस्तर माहिती घेऊ.
पदार्थाचे गुणधर्म
करून पाहूया.
- खडू, वीट, तुरटी, काच, राजगिऱ्याची वडी अशा काही पदार्थांवर पुरेसा दाब दिला असता काय होते ? त्यांचे लहान लहान तुकड्यांत किंवा कणांत रूपांतर होते. अशा पदार्थाना ठिसूळ पदार्थ म्हणतात. पदार्थांच्या या गुणधर्माला ठिसूळपणा म्हणतात.
- एक लोखंडी खिळा घेऊन तो पुठ्ठा, चिखलाचा गोळा व लाकडाचा तुकडा यांमध्ये घुसवण्याचा प्रयत्न करा. काय होईल?
चिखलाच्या गोळ्यामध्ये खिळा सहजपणे घुसतो, पण लाकडाच्या तुकड्यात घुसणार नाही, तर पुट्ट्यात थोड्याफार प्रमाणात घुसेल.
असे का झाले? एखादा पदार्थ त्यात घुसणाऱ्या दुसऱ्या पदार्थास किती विरोध करतो यावरून त्या पदार्थाचा कठीणपणा ठरतो..
सर्वांत कठीण पदार्थ कोणता ? • एक रबरबैंड ताणून सोडून दया किंवा स्पंजवर दाब देऊन सोडून दया.
काय दिसून येते ? रबरबँड व स्पंज मूळ स्थितीत आले. काही पदार्थांवर ताण किंवा दाब दिल्यास त्यांचा आकार बदलतो आणि ताण किंवा दाब काढून घेतल्यास ते पदार्थ मूळ स्थितीत परत येतात. या गुणधर्माला स्थितिस्थापकता म्हणतात.
वहीच्या आकाराचा पत्रा तिरका धरून त्यावर पाणी, मध, डिंक (गोंद) यांचा एक-एक थेंब वेगवेगळ्या ठिकाणी टाका. ते कसे वाहतात ? द्रव पदार्थ उतारावरून वाहतात. या गुणधर्माला प्रवाहिता म्हणतात. एखादा द्रव किती सहजपणे वाहतो यावरून त्याची प्रवाहिता ठरते.
- समान आकाराचे, पण एक लाकडी तर एक लोखंडी असे ठोकळे तराजूत तोलले, तर लोखंडी ठोकळ्याचे वजन लाकडी ठोकळ्यापेक्षा कसे भरते ? समान आकारमानाच्या वेगवेगळ्या पदार्थांच्या वस्तुमानावरून त्यांची घनता ठरते. हा फरक पदार्थांच्या घनता या गुणधर्मामुळे दिसतो. समान आकारमानाचे अधिक घनता असलेले पदार्थ अधिक जड आणि कमी घनता असलेले पदार्थ हलके असतात.
- एका ग्लासात पाणी घेऊन त्यात मीठ, बारीक वाळू, साखर टाकून विरघळवण्याचा प्रयत्न करा. हीच कृती पाण्याऐवजी रॉकेल वापरून करा. काय दिसते?
काही स्थायू पदार्थ एखादया द्रवात विरघळतात. एखादा स्थायू पदार्थ ज्या द्रवात विरघळत नसेल, तर तो स्थायू त्या द्रवात अविद्राव्य आहे असे म्हणतात. उदाहरणार्थ, मीठ पाण्यात विद्राव्य आहे, पण रॉकेलमध्ये अविद्राव्य आहे. पाण्यात विरघळणारे पदार्थ वापरून बनवलेली अनेक प्रकारची पेये आपल्याला माहिती आहेत. पदार्थांच्या विरघळण्याच्या गुणधर्माला विद्राव्यता म्हणतात.
- ज्या पदार्थातून पाहिले असता पलीकडची वस्तू दिसते. त्या पदार्थाला पारदर्शक पदार्थ म्हणतात. पदार्थांच्या या गुणधर्माला पारदर्शकता म्हणतात. उदाहरणार्थ, काच, काही प्रकारचे प्लॅस्टिक, स्वच्छ पाणी व हवा हे पारदर्शक पदार्थ आहेत.
सांगा पाहू !
चित्र ५.१४ मध्ये दाखवलेल्या वस्तू कोणत्या पदार्थांच्या बनवल्या आहेत ते ओळखा. या पदार्थांच्या गटाला काय म्हणतात ?
धातू : तांबे, सोने, लोह, ॲल्युमिनिअम अशा पदार्थांना धातू म्हणतात. धातू खनिजरूपात भूगर्भात सापडतात. खनिजे भूगर्भातून खणून काढून त्यांवर प्रक्रिया करून धातू मिळवावे लागतात. दैनंदिन जीवनात धातूंचे महत्त्वाचे विविध उपयोग आहेत. धातूंमध्ये काही समान गुणधर्म आढळतात. ते पाहू.
धातूंचे गुणधर्म
करून पाहूया.
एक तांब्याच्या किंवा ॲल्युमिनिअमच्या तारेचा तुकडा किंवा लहान खिळा घ्या. त्यावर हातोडीने मारत रहा. काय दिसते ?
हातोडीने त्यावर मारत राहिले, की काही वेळानंतर तार चपटी होते म्हणजेच तिचा पत्रा होतो. धातूंचे असेच ठोकून पत्रे तयार करता येतात. या गुणधर्माला वर्धनीयता म्हणतात.
लोहाराच्या दुकानात गरम झालेले लोखंड ठोकून ठोकून बारीक केले जाते. त्याचे निरीक्षण करा. घणाने घाव घालून ते लांब होते. लोखंडाची सळई सतत फिरवत तिच्यावर घणाने घाव घातल्याने ती लांब होते. ती खेचून तार काढता येते.
धातूंना खेचून त्यांच्या तारा करता येतात. त्याला धातूंची तन्यता म्हणतात. चांदी, सोने, तांबे, प्लॅटिनम या धातूंच्या तारा काढल्या जातात.
सांगा पाहू !
१. भिंतीवर लावलेले विजेचे बोर्ड लाकडी किंवा प्लॅस्टिकचे का असतात ?
२. कुकरची मूठ प्लॅस्टिकची का असते ?
धातूंमधून वीज वाहते. सर्व धातू विजेचे कमी-अधिक प्रमाणात वाहक असतात. या गुणधर्माला विद्युतवाहकता असे म्हणतात.
धातूच्या तुकड्याला एका ठिकाणी उष्णता दिली तरी काही वेळात तो पूर्ण तुकडा गरम होतो. म्हणजेच धातू उष्णतेचे वहन करतात. याला उष्णतावाहकता म्हणतात.
धातूंना विशिष्ट चकाकी असते. प्रत्येक धातूचा विशिष्ट असा रंग असतो त्यावरून तो ओळखला जातो.
‘करून पहा.
१. तंबोरा, वीणा किंवा इतर वादयांची तार छेडा, घंटा वाजवा, स्टीलच्या डब्यावर चमच्याने मारा.
२. लाकडी टेबल, दगडी फरशी यांवर काठीने मारा.
दोन्ही आवाजांतील फरक लक्षात घ्या.
धातूंचा आवाज झाला, तर तो खणखणीत असतो. त्याला धातूंची नादमयता म्हणतात.